18.1. Introduction
일반적으로 *착빙은 물체에 형성되는 얼음의 침전물(deposit)입니다. 착빙은 항공에서 심각한 기상 위험 중 하나이며 누적되는 위험(cumulative hazard)입니다. 따라서 항공기가 착빙에 노출되는 시간이 길어질수록 위험은 점점 더 악화됩니다.
18.2. Supercooled Water
결빙(freezing)은 복잡한 과정입니다. 공기 중에 부유하고 있는 깨끗한 물은 온도가 -40℃에 도달할 때까지 얼지 않게 되는데 이는 물방울의 표면 장력이 결빙을 억제하기 때문에 발생하는 것입니다. 물방울이 작고 깨끗할수록 과냉각될 가능성이 높습니다. 또한 *과냉각수는 과냉각된 큰 물방울(SLD, Supercooled Large Drops)로 알려진 큰 물방울로 존재할 수도 있습니다. SLD는 *어는비(freezing rain)와 *어는 이슬비(freezing drizzle, 결빙성 진눈깨비) 상황에서 흔히 발견될 수 있습니다.
구름의 과냉각수의 함량은 온도에 따라 변화합니다. 0℃와 -10℃ 사이의 구름은 주로 과냉각된 물방울로 구성되어 있습니다. -10℃에서 -20℃ 사이에서는 액체 상태의 물방울과 얼음 결정이 공존합니다. -20℃ 이하에서의 구름은 일반적으로 전부 얼음 결정으로 이루어져 있습니다. 그러나 예를 들어 적란운에서처럼 강한 수직 기류는 -40℃의 온도인 굉장히 높은 높이까지 과냉각수를 운반할 수 있습니다.
만약 과냉각수가 충분히 휘젓게(agitate) 된다면 쉽게 얼어버리게 됩니다. 이것은 비행기가 액체 상태인 구름이나 과냉각된 물방울로 구성된 강수를 통과할 때 착빙이 생기는 이유를 설명합니다.
18.3. Structural Icing
*구조적 착빙은 비행기 외부에 달라붙는 얼음 물질입니다. 과냉각된 물방울이 기체에 부딪혀 얼게 되면서 발생하는 것입니다. 구조적 착빙은 거친, 맑은 {또는 반짝이는(glaze)} 및 혼합 착빙의 세 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.
착빙의 강도는 일반적으로 항공 정보 매뉴얼(AIM, Aeronautical Information Manual)에 설명되어 있습니다.
18.3.1. Rime Icing
거친 착빙은 항공기와 부딪힌 후 작고 과냉각된 물방울이 순간적으로 얼어서 형성되는 거칠고 우윳빛이며 불투명한 얼음입니다. 거친 착빙은 가장 많이 보고되는 착빙의 유형입니다. 거친 착빙은 들쭉날쭉해진 표면이 항공기의 공기역학적 무결성(integrity)을 방해할 수 있기 때문에 위험할 수 있습니다.
거친 착빙은 더 차가운 온도, 액체 상태인 낮은 물의 함량 및 작은 물방울을 가질 때 더 잘 형성됩니다. 거친 착빙은 항공기에 물방울이 부딪히면서 빠르게 얼 때 발생합니다. 빠른 속도의 결빙은 공기를 가두게 되어 *다공성이게 되고, 부서지기 쉬우며 불투명한 우윳빛의 얼음을 형성하게 됩니다. 거친 착빙은 날개의 앞쪽 가장자리와 항공기 기체의 다른 노출된 부분에서 공기의 흐름에 의해 발생하게 됩니다.
18.3.2. Clear Icing
맑은 착빙{또는 반짝이는 착빙(glaze ice)}은 과냉각된 큰 물방울이 상대적으로 느리게 얼어서 형성되며 광택이 나거나 투명하며 반투명한 얼음입니다. 맑은 착빙의 상태는 따뜻한 온도, 액체 상태인 높은 물의 함량, 더 큰 물방울이 있는 환경에서 더 자주 존재하게 됩니다.
맑은 착빙은 물방울의 작은 부분만 즉시 얼고 나머지 얼지 않은 부분은 항공기 표면 위로 흐르거나 번지게 되어 점차적으로 얼게 될 때 형성됩니다. 이 점진적인 과정 동안 기포는 거의 끼지 않습니다. 따라서 맑은 착빙은 거친 착빙보다 덜 불투명하며 밀도가 낮습니다. 맑은 착빙은 얇고 부드러운 표면인 상태로 나타날 수 있고, 또는 항공기에 개울(rivulets) 모양, 줄무늬 모양, 또는 오목하고 볼록한 모양으로 나타날 수 있습니다.
맑은 착빙은 여러 가지 이유로 더 위험한 착빙의 유형입니다. 에어포일의 앞쪽 가장자리(airfoils leading edge) 상단과 하단 부근에 뿔 모양으로 형성되는 경향이 있어 공기 흐름에 큰 영향을 미칩니다. 이것은 거친 착빙에 의해 생성된 것보다 더욱 심하게 공기 흐름을 방해하고 난류의 영역을 야기합니다. 맑은 착빙은 깨끗하고 육안으로 확인하기 어렵기 때문에 조종사는 맑은 착빙이 발생하고 있다는 것을 빠르게 인식하지 못할 수 있습니다. *디아이싱(de-icing) 또는 *안티 아이싱(anti-icing) 장비를 이용했음에도 맑은 착빙은 확산될 수 있기 때문에 제거가 어려울 수 있지만, 대부분의 경우 디아이싱 장치에 의해 거의 완전히 제거될 수 있습니다.
18.3.2.1. Supercooled Large Drops (SLD)
비행 운항에 특히 위험한 맑은 착빙의 종류는 SLD에 의해 형성된 착빙입니다. 어는비{freezing rain, 200 *미크론(microns) 이상}와 어는 이슬비{freezing drizzle, 40~200 미크론(microns)} 같이 직경이 40 미크론(microns) 이상인 *빙점하(subfreezing)의 환경에서의 물방울입니다. 이러한 더 큰 물방울들은 얼기 전에 에어포일을 따라 일정 거리 동안 흐를 수 있습니다. SLD는 욕실 창문에 있는 유리와 비슷하게 매우 뭉툭하고 울퉁불퉁하며 질감이 있는 얼음을 형성하는 경향이 있습니다.
SLD 착빙은 디아이싱 장비의 범위를 벗어나 항공기의 후방에서 형성되는 경향이 있습니다. 따라서, 에어포일에 남아있는 얼음은 공기 흐름을 계속해서 방해하고 항공기의 공기역학적 무결성을 감소시킵니다. 심지어 에어포일의 아래쪽과 위쪽 표면에 있는 적은 양의 얼음도 항공기의 공기역학적 특성을 심각하게 방해할 수 있습니다. 잔여 얼음은 에어포일의 상당한 부분을 따라 난류를 발생시킵니다. 이 잔여 얼음은 비행 중인 항공기의 속도를 감속하는 데 실제로 사용되는 장치인 스포일러(spoiler) 역할을 할 수도 있습니다. 극단적인 경우, 난기류와 흐름 분리 거품(flow separation bubbles)이 에어포일을 따라 이동하면서 의도치 못하게 에일러론(ailerons)을 움직여 위험할 정도로 불안정한 비행 상태를 만들 수 있습니다.
18.3.3. Mixed Icing
혼합 착빙은 맑은 착빙과 거친 착빙의 혼합물입니다. 혼합 착빙은 액체 상태인 물 함량, 온도, 물방울의 크기의 작은 변화(수십 킬로미터 이하)로 인해 항공기에 거친 착빙과 맑은 착빙이 축적될 때 형성됩니다. 혼합 착빙은 측면에서 보았을 때 비교적 맑고 불투명한 얼음 층으로 나타납니다.
혼합 착빙은 항공기에 맑은 착빙과 유사한 위험을 줍니다. 혼합 착빙은 뿔 모양이나 공기 흐름을 방해하는 다른 모양으로 형성되고 항공기의 성능과 조종에 문제를 일으킬 수 있습니다. 혼합 착빙은 항공기 기체 표면의 더 많은 부분에 퍼질 수 있고 거친 착빙보다 제거하기가 더 어렵습니다. 안티 아이싱 또는 디아이싱 장비로는 보호되지 않는 에어포일의 일부분으로 퍼질 수도 있습니다. 더 먼 후방에서 형성된 착빙은 에어포일의 넓은 영역에 공기 흐름의 분리와 난류를 유발하며, 이것은 항공기를 비행시키는 에어포일의 능력을 감소시키게 됩니다.
- 착빙 (icing) : 항공기의 날개나 프로펠러 등에 얼음이 부착하는 현상. 착빙에 의해서 항공기는 안정을 잃고 정상적인 속도를 유지할 수 없는 경우가 생기며, 항공사고의 원인이 되기도 함.
- 어는비 (freezing rain) : https://jicho9597.tistory.com/170 참조
- 어는 이슬비 (결빙성 진눈깨비, freezing drizzle) : 땅이나 표면 또는 그 근처에 있는 물체와 접촉할 때 얼어붙는 이슬비. METAR 코드는 FZDZ임.
- 과냉각수 (supercooled water) : 응고점 이하로 온도가 내려가도 얼지 않고 액체 상태를 유지하는 물. 0℃ 이하의 온도를 유지하는 물.
- 구조적 착빙 (structural icing) : 비행 중인 항공기 구조에 들러붙는 얼음의 한 종류. 강도와 양에 따라 맑은 착빙과 거친 착빙으로 구분됨.
- 다공성 : 고체가 내부 또는 표면에 작은 빈틈(구멍)을 많이 가진 상태.
- 디아이싱 (제빙, de-icing) : 비행기의 안전한 운행을 위해 기체에 쌓인 눈, 얼음, 또는 성에 등을 제거하는 과정. 대표적인 디아이싱 방법으로는 기체에 유색의 제빙액을 고루 뿌려 눈과 얼음을 녹인 후 방빙제를 뿌려 비행 중 얼음이 다시 얼지 않게 하는 것이 있음. 보통 지정된 디아이싱 패드(deicing pad)에서 작업이 이루어짐.
- 안티 아이싱 (방빙, anti-icing) : 방빙이란 얼음 제거뿐 아니라 항공기 표면에 남아 일정 기간 얼음의 재형성을 지연시키거나 얼음의 접착(형성)을 막아 기계적 제거(mechanical removal)가 용이하도록 하는 화학물질을 적용한 것을 이해하면 됨. 쉽게 말해 항공기 표면에 얼음이 생기는 것을 방지하는 일. 얼음을 없애는 화학 물질을 사용하거나 열을 가해 얼음을 없애는 것.
- 미크론 (micron) : 1mm의 1/1000.
- 빙점하 (subfreezing) : 물이 얼기 시작하거나 얼음이 녹기 시작하는 온도 이하. 0℃ 이하를 말함.
※ U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration, FAA Advisory Circular (AC) 00-6B, AVIATION WEATHER, page 18-1~2 해석
'자습 [ Aviation Weather, FAA AC 00-6B ] > CH 18. Icing' 카테고리의 다른 글
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